结构可调复合型锂离子电池凝胶聚合物电解质的制备和性能研究

摘要

本论文设计合成了一类含有丙烯酸酯、乙二氧基和磷酸酯结构片段的结构可调烯基磷酸酯类单体，这类单体具有丙烯酸酯良好的聚合能力、乙二氧基的可调柔性和磷酸酯的阻燃性能的优点，是合成锂离子电池凝胶聚合物电解质聚合物主体良好的单体。利用1H NMR、13C NMR、31P NMR、HR-MS和FT-IR对烯基磷酸酯类单体的结构进行表征。利用溶液聚合反应，探究该烯基磷酸酯类单体的均聚反应和共聚反应，并利用1H NMR、31P NMR、GPC对聚合物的结构和分子量进行了表征，结果表明该类烯基磷酸酯类单体具有较好的自聚和共聚能力。通过TGA和DSC对聚合物的热稳定性进行表征，结果表明该类聚合物具有较好的热稳定性。
　　在自由基引发剂存在的条件下，烯基磷酸酯类单体、共聚单体、交联剂和锂离子电解液通过优化的现场热聚合法合成了一系列交联共聚的凝胶聚合物电解质。研究了当共聚单体不同时，凝胶聚合物电解质电导率的变化，并结合其形状、机械性能等，挑选出性能最佳的凝胶聚合物电解质体系。研究了添加纳米SiO2粒子对凝胶电解质电导率和机械性能的影响，得出了添加SiO2纳米粒子的量为1.5 wt％(占单体和交联剂总质量)时制得的凝胶电解质具有优异的性能。利用扫描电镜对聚合物电解质的内部形态进行表征，得出其内部是疏松多孔的三维网状结构，这一结构为锂离子的传输提供了较好的通道，解释了其高电导率的特点。利用燃烧实验测试了电解液中添加不同量的烯基磷酸酯类单体的自熄时间和火焰传递速率，证明了此类单体具有较好的阻燃性能。将该单体作为阻燃剂添加到锂离子电解液中并组装了LiFePO4?电解液(添加单体)?Li CR2016扣式电池，通过测试其充放电循环曲线，证明该类单体具有较好的电化学稳定性并且同正极材料LiFePO4有较好的兼容性。组装了LiFePO4?凝胶电解质
　　(GPE)?Li CR2016扣式电池并测试了其充放电循环曲线，该电池具有良好的电化学性能，证明了该凝胶电解质可很好的应用于锂离子电池并提高锂离子电池的安全性能。